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Coloides


Qué es un coloide?

 

Primero hay que definir lo que es movimiento Browniano: Toda partícula experimenta lo que se llama movimiento Browniano; el movimiento Browniano es el movimiento que tiene una partícula debido a su temperatura - la energía que tiene debido a su temperatura se manifiesta con movimientos cortos al azar, cuya velocidad promedio depende de la temperatura. Para un objeto grande, su masa es tanta que se mueve tan poco que el movmiento Browniano no es observable, por lo cual no lo vemos en la vida diaria. Pero para partículas lo suficientemente pequeñas, así como para moléculas y átomos, es muy importante.

Un coloide se define como una partícula lo suficientemente pequeña como para experimentar movimiento Browniano pero a la vez mucho más grande que las moléculas del medio en que se encuentra. Es decir, la partícula "ve" el medio como una una sustancia continua y no como un conjunto de moléculas. Un coloide puede ser un sólido (con los que he trabajado), un líquido (es decir, una emulsión) o un gas (burbujas). En el caso de coloides sólidos pueden tener distintas geometrías (los coloides esféricos son muy estudiados) y pueden ser de tamaño más o menos uniforme (llamados monodispersos) o con una gran variación de tamaño (polidispersos).

Los coloides pueden formar estructuras semejantes a los cristales, líquidos y demás estructuras moleculares. Esto es debido al potencial de depleción.

 

 

Qué es el potencial de depleción?

 

Supongamos que estamos utilizando un sistema de coloides sólidos y que al medio agregamos un polímero. Los polímeros también experimentan movimiento Browniano, y hay colisiones entre los coloides y los polímeros. Si un coloide está lejos de los demás coloides, las colisiones serán completamente al azar y por lo tanto no habrá una tendencia a que sean en alguna dirección en particular. El coloide se mueve al azar y de manera independiente de los demás coloides, a menos de que haya otras interacciones entre los coloides (fuerzas eléctricas, por ejemplo).

La situación es distinta si dos coloides están lo suficientemente cerca. En este caso, el espacio entre ellos es demasiado pequeño para que entre un polímero - es decir, los polímeros quedan excluidos, por su tamaño, del espacio entre dos coloides. El siguiente diagrama muestra la situación en el caso de dos coloides esféricos:

 

Figura 1

 

En el diagrama, los coloides están representados en azul, el medio en blanco y los polímeros en negro. La zona gris es la región de la cual los polímeros quedan excluidos por su volumen. Debido a esta región, las colisiones entre los coloides y los polímeros ya no son totalmente al azar, pues no hay colisiones con polímeros provinientes de la zona gris. Mientras que antes en promedio no los coloides no eran impulsados en ninguna dirección en particular ahora no todas las direcciones son igualmente probables. Si hubiera polímeros en la región gris, estos polímeros tenderían a alejar los coloides con sus colisiones, simplemente por estar entre los coloides, pero esta tendencia sería compensada por los polímeros que actúan en la dirección opuesta, y el efecto neto sería que en promedio los coloides no tendría ninguna tendencia, ni a cercarse ni a alejarse en promedio. Pero ahora, son menos los polímeros que tienden a apartarlos que los que tienden a juntarlos, de modo que los coloides tienden a juntarse, de modo que el reusltado es el mismo que si los coloides se atrayeran entre ellos. A esta atracción se de llama potencial de depleción (depletion potential).

Y cuando los coloides chocan? Se comportan como canicas o bolas de billar, es decir, una vez que se tocan para fines prácticoslos centros no se acercan más . En otras palabras, su comportamiento es tal que es como si se atrayeran a distancias medias, no interactuaran a largas distancias y se repelieran muy fuertemente a distancias cortas. Este comportamiento es muy similar al de muchas moléculas y átomos, como los de argón por ejemplo, y es por esto que forman fases 'cristalinas,' 'líquidas,' etc.

 

 

Qué otras fuerzas ocurren entre los coloides?

 

Depende principalmente del medio. En bromuro de cicloheptilo y cisdecalina, algunos coloides (polymethylmethacrylate, mejor conocido como PMMA)adquieren carga eléctrica. Como todos tiene carga del mismo signo, se repelen. Esta repulsión es más débil que el potencial de depleción a distancias medias, pero a mayores distancias es la interacción dominante. En ciertas condiciones, en una fase inetrmedia entre una fase de gel y la fase gasesosa, los coloides forman cúmulos cuya geometría está determinada por esta repulsión. Dicha repulsión puede ser reducida agregando sales a los solventes.

Es importante mencionar que la gravedad también tiene un efecto importante sobre las estructuras coloidales; usando cierto tipo de coloides (PMMA) en bromuro de cicloheptilo y cisdecalina se puede igualar la densidad de los coloides y la del medio, de modo que se eliminan los efectos de la gravedad. También es posible hacer experimentos en gravedad cero utilizando aviones especiales.

 

 

Por qué estudiar coloides?

 

Hay muchos sistemas coloidales de importancia tecnológica, industrial y biológica, desde la leche (es una emulsión, es decir, un coloide líquido) hasta ciertos lubricantes. En el caso específico de coloides con un potencial de depleción, sirven de modelo para sistemas moleculares debido a que sus interacciones son similares; es decir, sirven para investigar la relación entre las fuerzas intermoleculares y las estructuras moleculares. Tienen la ventaja, comparados con modelos por computadora, de poder utilizar un gran número de partículas fácilmente. Además, es posible que en un futuro sean encontradas aplicaciones tecnológicas directas de sistemas similares . Para mí, son interesantes y me atrae cómo a partir de elementos sencillos -polímeros, esferas, solventes- puede un comportamiento sumamente complejo y rico.

 

 

Cómo se estudian estas estructuras?

 

Las siguientes son dos de las principales técnicas :

 

 


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© 2005 Rodrigo Sánchez García. Todos los derechos reservados.